多相聚合物材料形態控制裝置的製作方法

2023-12-03 23:04:46 1

專利名稱：多相聚合物材料形態控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於多相聚合物材料生產技術領域，具體涉及一種微層複合裝置。
背景技術：
隨著先進測試技術(如X射線衍射、電子顯微鏡、小角中子散射、新表面探針以及原 子力顯微鏡等)的應用，對聚合物形態有了更深層次的認識，揭示出成型加工條件與聚合 物形態及製品宏觀性能之間的關係——成型加工條件能影響聚合物的形態、形態決定了材 料(或製品)的宏觀性能，因此，可以在成型過程中通過改變聚合物的形態(即層狀結構 和層厚度)，從而改變其性能。
英國Bevis等人開發的剪切控制取向擠出成型裝置，是通過4個活塞的順序抽拉推動 熔體作周向運動，使填料沿製品周向取向，達到增強制品的目的。美國Donald在1965年 申請的專利，是利用型芯和口模反向旋轉的機頭擠出成型管材，通過型芯或口模旋轉，使 管隙中的熔體形成周向拖曳流動，建立周向剪切力場，熔體中的增強纖維和聚合物大分子 都會外力場方向取向。

發明內容
本發明的目的在於提供一種結構簡單、體積小的多相聚合物材料形態控制裝置。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是多相聚合物材料形態控制裝置，其特徵在
於它包括複合進料器l、層增倍單元裝置、筒體6、出料器8;筒體6內至少設有二個層增 倍單元裝置，後一層增倍單元裝置的所有分割通道入口均與前一層增倍單元裝置的層增倍 複合通道出口相通；複合進料器1上設有2-6個進料通道和1個進料器複合通道，所有的 進料通道都與進料器複合通道相通，進料通道入口位於複合進料器1的前側面，進料器復 合通道出口位於複合進料器1的後側面，複合進料器1與筒體6前端固定連接(如螺栓連 接)；層增倍單元裝置上設有2-4個分割通道和l個層增倍複合通道，所有的分割通道都與 層增倍複合通道相通，分割通道入口位於層增倍單元裝置的前側面，所有的分割通道後段 寬度大於分割通道入口處寬度，層增倍複合通道出口位於層增倍單元裝置的後側面；最前 的層增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與複合進料器1的進料器複合通道出口相通， 最後的層增倍單元裝置上的層增倍複合通道出口與出料器8上的進料通道相通；出料器8
上設有進料通道，出料器8與筒體6後端固定連接(如螺栓連接)。 所述的層增倍單元裝置為2-8個。 所述的複合進料器1上的進料通道為3個。 所述的層增倍單元裝置上的分割通道為3個。
本發明採用由複合進料器l、層增倍單元裝置、筒體6、出料器8構成，其結構簡單； 所有層增倍單元裝置位於筒體6內，其體積小，可組合性強；當需要複合層數較多時，更 換長的筒體6，增加層增倍單元裝置，即複合層數可控制性好。
本發明是利用複合擠出技術形成層數可達數千的層狀結構，熔體料流經過該裝置被反 復分割、重排、擴展流動、再組合，使層數不斷增加，而厚度漸次變薄；因而層厚可從幾
百微米減小至幾微米的尺度。在擠出過程中，熔體的流動一般都是層流流動，層流時熔體 中存在一定的速度梯度。熔體中的填料和聚合物大分子鏈同時以相同速度向前移動，並力 圖進入同一速度層，使得熔體中的填料和聚合物大分子鏈會沿流動場力方向取向。由於該 裝置設有擴展元件形成擴展流動，這就加大了熔體中填料和聚合物大分子鏈的取向程度。
比較上述背景技術中的現有技術，本發明提供了一種不同類型、結構更趨簡單的形態控制 裝置。本發明通過有效控制多相聚合物材料的形態結構，達到改進材料性能的目的。
本發明的裝置應用於玻纖增強複合材料，在成型過程中玻纖取向能明顯地影響材料的 性能，沿玻纖取向方向的強度、模量將會大幅度的提高。通過本發明的裝置在成型時控制 玻纖的取向分布，就可以製備出符合預期要求的材料或製品。
本發明的裝置應用於塑料增韌，利用該裝置進行微層擠出，當層厚從宏觀尺度降至微 觀尺度(幾微米)時，由於材料微觀力學變形模式的根本改變，影響到材料的斷裂伸長行 為，使得材料韌性顯著增長。
本發明的裝置應用於阻隔材料的研究。通過該裝置製成平行於容器壁的眾多阻隔片狀 層，使氣體或小分子的擴散途徑變得"曲折宛轉"，相應延長了擴散距離，降低了滲透性， 使得其在改進阻隔性能方面效果特別顯著。
本發明的裝置應用於無滷阻燃材料的研究。通過該裝置能可靠調控含片形Mg(0H)2填料 的共混材料內在形態，形成有序的微層結構，利用這些眾多交替的片形Mg(0H)2，可以達到 阻止或阻緩材料燃燒的目的。


圖l是本發明的結構示意圖2是本發明複合進料器1的左視圖3是本發明複合進料器1的右視圖4是本發明層增倍單元裝置的分割器3的左視圖5是圖1沿A-A線的剖視圖6是本發明層增倍單元裝置的分割器3的右視圖7是本發明層增倍單元裝置的複合器4的左視圖8是本發明層增倍單元裝置的複合器4的右視圖； 圖9是本發明出料器8的左視圖； 圖10是本發明出料器8的右視圖中1-複合進料器，2-第一分割通道，3-分割器，4-複合器，5-層增倍複合通道， 6-筒體，7-進料通道，8-出料器，9-第一進料通道，10-第二進料通道，11-第三進料通道， 12-進料器複合通道，13-第三分割通道，14-第二分割通道。
具體實施例方式
為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容 不僅僅局限於下面的實施例。
實施例l:
如圖1所示，多相聚合物材料形態控制裝置(或稱多相聚合物材料微層複合裝置)，它 包括複合進料器l、層增倍單元裝置、筒體6、出料器8;筒體6內設有二個層增倍單元裝 置，後一層增倍單元裝置的所有分割通道入口均與前一層增倍單元裝置的層增倍複合通道
出口相通(分割、重排)；複合進料器1上設有3個進料通道(第一進料通道9、第二進料 通道10、第三進料通道11)和1個進料器複合通道12，第一進料通道9、第二進料通道10、 第三進料通道11都與進料器複合通道12相通，第一進料通道9、第二進料通道IO、第三 進料通道11的入口位於複合進料器1的前側面(如圖2、圖3所示)，進料器複合通道出口 位於複合進料器1的後側面，複合進料器1與筒體6前端固定連接(如螺栓連接)；如圖4、 圖5、圖6、圖7、圖8所示，為加工方便，層增倍單元裝置由分割器3和複合器4二部分 組合而成；層增倍單元裝置上設有3個分割通道(第一分割通道2、第二分割通道14、第 三分割通道13)和1個層增倍複合通道5，所有的分割通道都與層增倍複合通道5相通， 所有的分割通道入口位於層增倍單元裝置的前側面，所有的分割通道後段寬度大於分割通 道入口處寬度(後段擴展)，層增倍複合通道出口位於層增倍單元裝置的後側面；最前的層 增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與複合進料器1的進料器複合通道出口相通(分
割、重排)，最後的層增倍單元裝置上的層增倍複合通道出口與出料器8上的進料通道相通； 如圖9、圖10所示，出料器8上設有進料通道，出料器8與筒體6後端固定連接(如螺栓 連接)。
實施例2:
與實施例l基本相同，不同之處在於層增倍單元裝置為3個。
實施例3:
與實施例l基本相同，不同之處在於層增倍單元裝置為4個。 實施例4:
與實施例l基本相同，不同之處在於層增倍單元裝置為8個。 實施例5:
與實施例1基本相同，不同之處在於複合進料器1上的進料通道為設有2個，層增 倍單元裝置上的分割通道為2個。 實施例6:
與實施例l基本相同，不同之處在於複合進料器1上的進料通道為設有6個，層增 倍單元裝置上的分割通道為4個。
工作原理由壹臺或兩臺單螺杆擠出機供料，控制和平衡各流道的擠出速度，形成三 層結構的料流，並送入本發明的裝置。料流經過本發明的裝置被反覆分割、重排、擴展流 動、再組合，使層數不斷增加，而厚度漸次變薄(如圖l所示)；在擠出過程中，熔體的流 動一般都是層流流動，層流時熔體中存在一定的速度梯度。熔體中的填料和聚合物大分子 鏈同時以相同速度向前移動，並力圖進入同一速度層，使得熔體中的填料和聚合物大分子 鏈會沿流動場力方向取向。由於本發明的裝置設有擴展部位形成擴展流動，這就加大了熔 體中填料和聚合物大分子鏈的取向程度。
每一層增倍單元裝置均包含烙體層分割、重排、料流擴展、料流再結合四個過程，使 得各層熔體中的填料和聚合物大分子鏈沿流動場力方向取向，正是這種取向的有序結構， 顯著提高了材料的力學性質。
為易於改變層數，採用積木式組合化設計，可以方便的配置多個層增倍單元裝置。該 過程重複多次之後，層增倍的總層數可根據下列公式計算得出
C=3Mn，式中C為總層數；n為層增倍階數；M為通道數。如採用四通道，獲得的層 數組合如下12; 48; 192; 688;
塑料或經共混改性的多相聚合物通過本發明的裝置可以形成微層結構，並能可靠調控 材料(或製品)的內在形態，從而獲得或提高材料(或製品)的某些特殊性。例如氣體 和溶劑的阻隔性、阻燃性、耐熱性和力學性能等。如將本發明的裝置結合吹膜、擠管、中 空吹塑、電線電纜等工藝技術，可以生產具有眾多交替微米片層的薄膜、管材、中空容器、 電線電纜一類製品。
權利要求
1.多相聚合物材料形態控制裝置，其特徵在於它包括複合進料器(1)、層增倍單元裝置、筒體(6)、出料器(8)；筒體(6)內至少設有二個層增倍單元裝置，後一層增倍單元裝置的所有分割通道入口均與前一層增倍單元裝置的層增倍複合通道出口相通；複合進料器(1)上設有2-6個進料通道和1個進料器複合通道，所有的進料通道都與進料器複合通道相通，進料通道入口位於複合進料器(1)的前側面，進料器複合通道出口位於複合進料器(1)的後側面，複合進料器(1)與筒體(6)前端固定連接；層增倍單元裝置上設有2-4個分割通道和1個層增倍複合通道，所有的分割通道都與層增倍複合通道相通，分割通道入口位於層增倍單元裝置的前側面，所有的分割通道後段寬度大於分割通道入口處寬度，層增倍複合通道出口位於層增倍單元裝置的後側面；最前的層增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與複合進料器(1)的進料器複合通道出口相通，最後的層增倍單元裝置上的層增倍複合通道出口與出料器(8)上的進料通道相通；出料器(8)上設有進料通道，出料器(8)與筒體(6)後端固定連接。
2. 根據權利要求1所述的多相聚合物材料形態控制裝置，其特徵在於所述的層增倍單元裝置為2-8個。
3. 根據權利要求1所述的多相聚合物材料形態控制裝置，其特徵在於所述的複合進料器上的進料通道為3個。
4. 根據權利要求1所述的多相聚合物材料形態控制裝置，其特徵在於所述的層增倍單元裝置上的分割通道為3個。
全文摘要
本發明涉及一種微層複合裝置。多相聚合物材料形態控制裝置，其特徵在於它包括複合進料器(1)、層增倍單元裝置、筒體(6)、出料器(8)；筒體(6)內至少設有二個層增倍單元裝置；複合進料器(1)上設有2-6個進料通道和1個進料器複合通道，所有的進料通道都與進料器複合通道相通；層增倍單元裝置上設有2-4個分割通道和1個層增倍複合通道，所有的分割通道都與層增倍複合通道相通；最前的層增倍單元裝置上的所有的分割通道入口都與複合進料器(1)的進料器複合通道出口相通，最後的層增倍單元裝置上的層增倍複合通道出口與出料器(8)上的進料通道相通。本發明具有結構簡單、體積小、複合層數可控制性好的特點。
文檔編號B29C47/12GK101177038SQ20071005374
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月5日 優先權日2007年11月5日
發明者劉少波 申請人:湖北大學